走近光学计算机

目前,光学计算机研究集中在追求高速度、追求二维数据并行处理和追求整机效率3个分支.介绍了各分支的研究热点和主要难点.通过对比,表明追求整机效率的三值光学计算机(ternary optical computer,TOC)具有较好的可实现性,进而详细介绍了这种光电混合型计算机所具有的数据位众多、光学处理器可重构、处理器易扩展和能耗低等特点,以及基于这些特点所产生出的解决复杂问题的新思想或新算法.还介绍了三值光学计算机的用户可见结构、联机操作方法、编程操作方法,以及在并行程序中的使用方法和硬件扩充方法,并通过举例,介绍了众多数据位数和光学处理器可重构性的应用.所涉及的实例均结合正在上海大学计算机工程与科学学院构建的,面向应用研究千位三值光学计算机实验系统展开讨论.     

三值光学计算机的40位乘法例程

针对三值光学计算机的特点, 利用其运算器可重构、数据位数众多、MSD 加法器无进位延时等优点, 设计并实现了一种用于三值光学计算机的40 位乘法例程. 该例程采用三值光学计算机中通用的MSD数表示数值, 通过三值逻辑中的M变换产生部分积, 再运用两两相加迭代的计算方法对部分积进行了MSD加法求和, 得到乘积, 其中M变换采用了一种比较特殊的快速变换实现方案, 而部分积的MSD 加法求和则采用流水技术来实现. 详细给出了这个乘法例程的具体实现步骤和模拟实验细节, 并与电子计算机中类似的乘法器做了运算复杂度对比分析.     

三值光学计算机自动解码器

解码器是三值光学计算机(ternary optical computer, TOC)中负责将运算器输出的结果从三值光信号变换成对应的电信号的部件. 根据现有三值光学计算机的实际状况, 实现了一款自动千位三值光学计算机解码器系统.该系统由4 个数码摄像头和嵌入式系统组成: 利用摄像头采集三值光学处理器输出的运算结果的图像, 由嵌入式系统处理这些图像以获得运算结果的数值. 嵌入式系统中的软件包括拍照控制、数值生成和输出控制三个主要部分.创建的地址定位技术可解决运算器输出图像与摄像头拍摄图像在像素数量上差别过大的问题. 提出并实现的降蓝技术可解决蓝光对液晶暗状态的严重干扰问题. 建立的自检机制可提高解码结果的准确性和可靠性.     

针对三值光学计算机的C语言扩展

为了将三值光学计算机(ternary optical computer,TOC)数据位众多和光学处理器硬件可重构性这两个特点应用于高级语言程序中,提出并实现了针对三值光学计算机的C语言扩充技术.该技术中的用户可见部分包括一组C语言扩充语句和一个用户运算请求文件自动生成软件模块,其中扩充语句采用C语言函数的书写方式,并采用专用字头SZG_;运算请求文件自动生成软件模块将用户在给定界面中送入的运算方式和输入数据自动转换成预先制定的数据文件格式,生成SZG文件.三值光学计算机返回的运算结果会自动保存在与运算请求文件相同的目录下,且文件名由对应的运算请求文件名加后缀R.SZG组成.用户不可见部分包括:对扩充指令的编译进程、SZG文件生成机制、运算请求状况记录进程、运算结果接收进程和三值光学计算机端服务进程.使用该技术,用户不必改变编程习惯,可直接在C语言程序中使用三值光学计算机.该技术已在由PC机和嵌入式系统组成的三值光学计算机模拟环境中进行了实验,实验结果表明,该技术行之有效.     

三值光学计算机解码器中并行感光阵列的设计

介绍了针对数千位的三值光学计算机解码器而设计的一款并行感光阵列。在整体规划上, 采用了将16个感光单元电路集成为一个感光模块, 再用多个感光模块拼接成实用的并行感光阵列之策略. 设计的感光单元电路将三值光学处理器一个像素输出的光信号转换成对应的电信号, 一个感光模块将三值光学处理器16个像素输出的光信号并行转换成对应的电信号,感光阵列将三值光学处理器的数千个像素输出的光信号并行转换成对应的电信号. 设计的感光模块封装外形解决了拼装成大规模感光阵列的问题. 该模块为三值光学计算机提供了一个成本低、方便维护及更换的并行光电器件. 最后介绍了对感光模块中电路的实验研究和对模块外形拼接性能的实物样板测试, 实验证实了所设计电路的功能有效性和性能稳定性, 样板测试表明该设计的感光模块封装外形适于拼接.     

三值光计算机高数据宽度的管理策略

光学计算机必将拥有很高的数据宽度,以刚刚建成的360位三值光计算机运算器模型为背景,就高数据宽度的管理问题提出了6项基本策略.为建立这些策略,定义了算位、算道、算位类型和算道类型等新概念.这组管理策略借鉴了现行计算机操作系统管理内存的一些基本思想,使其可实现性有了基本保证.     

计算机编程技术在物理学中的应用

通过使用计算机编程手段来研究物理规律、描述物理图象、模拟物理过程.以此体现计算机与物理研究、物理教学的密切关系与广泛的应用前景.     

三值光计算机数据位资源的静态分配策略

以300位量级三值逻辑光学运算器实验系统为管理对象,提出三值光计算机数据位资源的一种静态分配策略,其核心思想是给单任务合理地分配数据位.该项工作是今后进行三值光计算机多用户、多任务条件下数据位资源管理策略研究的基础.讨论了算位宽度的静态指定、对数据位按算位宽度静态分组、为数据位设置多个算位属性以及数据位的分配过程等问题,通过实例说明了应用本策略进行数据位资源分配的过程.     

对称三值逻辑的实现

本文从对称三值逻辑最小项的性质出发,讨论了对称三值逻辑与二值逻辑的内在联系,从而使对称三值逻辑函数可用PLA技术实现。文中给出了三值优先编码器和三一十编码译码电路作为示例。文中还给出了对称三值CMOS存贮器ROM和RAM的逻辑系统图。     

三刺激值向孟塞尔标号的计算机转换

目前,孟塞尔标号通常采用查图表法或视觉法来确定,但其结果因人而异。本文根据已知孟塞尔标号的分立数据,提出了三刺激值向孟塞尔标号转换的计算方法。首先根据孟塞尔明度值与亮度因数的函数关系,通过叠代法计算获得孟塞尔明度值。孟塞尔色调和彩度必须先在色空间中找到与样品最接近的8个色卡点,然后通过线性插值得到。如何寻找8个色卡点,文中作了详细描述。计算机转换的结果与实际比较,色调和彩度的误差不超过0.2。同时该方法减轻了劳动强度,提高了工作效率,促进了计算可靠性。     

基于MPI/OPENMP混合编程的三维粒子模拟并行优化

针对MPI、OPENMP并行程序各自存在的缺陷,将MPI与OPENMP结合起来,实现了MPI/OPENMP混合并行编程;通过实验对MPI、OPENMP并行程序及MPI/OPENMP混合并行编程进行了分析.实验结果表明:MPI/OPENMP混合并行编程可以大大减少通信量,其效率和加速比均优于纯MPI并行程序,克服了MPI并行程序中因粒子分布不均匀使负载不均衡而导致的程序性能下降的问题,使得可以利用集群中的更多结点来进行计算,缓解了MPI并行程序的通信延迟问题;同时,MPI/OPENMP混合并行编程克服了OPENMP并行程序依赖于单台计算机处理能力和存储空间的问题,大幅度提高了模拟规模.     

基于MPI的静态并行算法库

目前并行程序设计的状况是并行软件的发展落后于并行硬件,并行软件的缺乏是发展并行计算的主要障碍。基于这种状况,本文提出了构建并行算法库的思想,并给出了一个实例,说明如何将常用算法函数封装在一个高效优化的并行库中,从而可以被复用,从此免去并行程序员复杂、低效的劳动。     

基于MPI的并行PC集群搭建的实现

本文阐述了在Linux和Windows系统下,搭建基于MPI的并行PC集群的过程,实现了各个节点的互通和基于MPI的并行计算.     

三元混晶中光学极化子的内激发态

本文研究了三元混晶中光学极化子的内激发态.在弱耦合的情况下分别对几种不同的混晶材料A_xB_(1-z)C进行了计算,计算出极化子的藕合常数,基态以及第一激发态能量随组分x变化的一系列值;对极化子的内激发态的存在以及性质也进行了讨论.     

超级计算机导领下一代互联网

论述以超级计算机为基础建造ACI和下一代互联网的技术，讨论了所产生的新概念、发展趋势、国内外发展概况，并论述其对世界发展的深远影响。